第 26讲 第七章 氧化还原滴定法 第 3讲
?第六节 常用的氧化还原滴定方法
?一, KMnO4法
?( 一 ) 方法简介
? 高锰酸钾是一种较强的氧化剂, 在强酸性溶液
中与还原剂作用, 其半电池反应是,
? MnO4—+8H++5e—= Mn2++4H2O
? E0= 1.51伏
? 在弱酸性, 中性或碱性溶液中与还原剂作用,生
成褐色的水合二氧化锰 (MnO2·H2O)沉淀 。 妨碍滴定
终点的观察, 所以用 KMnO4标准溶液进行滴定时,
一般都是在强酸性溶液中进行的 。 所用的强酸通常是
H2SO4,避免使用 HCl或 HNO3。 因为 C1—具有还原性,
也能与 MnO2作用;而 HNO3具有氧化性, 它可能氧
化某些被滴定的物质 。
用 KMnO4溶液作滴定剂时, 根据被测物质的性
质, 可采用不同的滴定方式 。
(一 )直接滴定法
许多还原性物质, 如 FeSO4,H2C2O4,H2O2,
Sn2+, Ti(III), Sb(III), As(III), NO2— 等, 可用
KMnO4标准溶液直接滴定 。
(二 )返滴定法
有些氧化性物质, 如不能用 KMnO4标准溶液直
接滴定就可用返滴定法进行滴定 。
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例如, 测定软锰矿中 MnO2的含量时,
可在 H2SO4溶液存在下, 加入准确而过量的
Na2C2O4 (固体 )或 Na2C2O4标准溶液, 加热
待 MnO2与 C2O42—作用完毕后, 再用 KMnO4
标淮溶液滴定剩余的 C2O42—。 由总量减去剩
余量, 就可以算出与 MnO2作用所消耗去的
Na2C2O4的量, 从而求得软锰矿中 MnO2的百
分含量 。
应注意,用返滴定法进行分析时,只有
在被测定物质的还原产物与 KMnO4不起作
用时才有实用价值。
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?(三 )间接滴定法
? 有些非氧化性或非还原性的物质, 不能用
KMnO4标准溶直接滴定或返滴定, 就只好采用
间接滴定法进行滴定 。 如测定 Ca2+时, 首先将
Ca2+沉淀为 CaC2O4,过滤, 再用稀 H2SO4将所得
的 CaC2O4沉淀溶解, 然后用 KMnO4标准溶液滴
定溶液中的 C2O42-,间接求得 Ca2+的百分含量 。
? 高锰酸钾法的优点是氧化能力强,一般不需
另加指示剂。高锰酸钾法的主要缺点是试剂常含
有少量杂质,因而溶液不够稳定。此外,又由于
KMnO4的氧化能力强,能和很多还原性物质发
生作用,所以干扰也较严重。
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?二, 应用实例
? 1.H2O2的测定
? 可用 KMnO4标准溶液在酸性溶液中直接滴
定 H2O2溶液, 反应如下,
?MnO4-+5 H2O2,+6H+=2Mn2++5O2↑+8H2O
? 反应开始较慢, 随着 Mn2+的增加, 反应速度
加快 。 可预先加入少量 Mn2+作为催化剂 。
? 许多还原性物质, 如 FeSO4, As(Ⅲ ),
Sb(Ⅲ ),H2C2O4,Sn2+和 NO22-等, 都可用直接
法测定 。
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?2.钙的测定
? 先将样品处理成溶液后, 使 Ca2+进入溶液中,
然后利用 Ca2+与 C2O42—生成微溶性 CaC2O4沉淀 。
过滤, 洗净后再将 CaC2O4沉淀溶于稀 H2SO4中 。
用 KMnO4标准溶液进行滴定, 其反应如下,
? Ca2++C2O42—= CaC2O4 ↓ (白 )
? CaC2O4+2H+= Ca2++H2C2O4
5H2C2O4+2MnO4—+6H+= 2Mn2++10CO2↑+8H2O
? 凡是能与 C2O42-定量生成沉淀的金属离子,只
要本身不与 KMnO4反应,都可用上述间接法滴定。
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?3.软锰矿中 MnO2含量的测定
? 软锰矿的主要组成是 MnO2,此外, 尚有锰的
低价氧化物, 氧化铁等 。 此矿若用作氧化剂时, 仅
仅只有 MnO2具有氧化能力 。 测定 MnO2含量的方法
是将矿样在过量还原剂 Na2C2O4的硫酸溶液中溶解
还原, 然后, 再用 KMnO4标准溶液滴定剩余的还
原剂 C2O42—,其反应为,
?MnO2+C2O42—+4H+=
? 2Mn2++2CO2↑+2H2O
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?4.某些有机化合物含量的测定
? 甲醇, 甘油, 甲酸等有机化合物可用高
锰酸钾法在碱性溶液中进行测定 。 如甲醇的
测定, 将一定量且过量的高锰酸钾标准溶液
加入待测物质的试液中, 反应为,
? 6MnO4-+CH3OH+8OH-=CO32-+6MnO42++6H2O
? 反应结束后,将溶液酸化,MnO42+岐化
为 MnO4+和 MnO2。再加入准确过量的 FeSO4
溶液,将所有的高价锰还原为 Mn2+,最后以
KMnO4溶液返滴定剩余的 Fe2+。
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?二, 重铬酸钾法
?( 一 ) 方法简介
? 重铬酸钾也是一种较强的氧化剂, 在酸性溶
液中 。 K2Cr2O7与还原剂作用时被还原为 Cr3+,
半电池反应式为,
? Cr2O72—+14H++6e—= 2 Cr3++7H2O
? 在酸性溶液中, K2Cr2O7还原时的条件电位
值常较其标准电极电位值为小 。
? K2Cr2O7还原时的标准电极电位 (E0= 1.33伏 ),
虽然比 KMnO4的标准电位 (E0= 1.51伏 )低些, 但
它与高锰酸钾法比较, 具有以下一些优点,
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? 1,K2Cr2O7容易提纯, 在 140—150℃ 时干燥后,
可以直接称量, 配成标准溶液 。
? 2,K2Cr2O7标准溶液非常稳定 。 曾有人发现,
保存 24年的 0.02mol/L溶液, 其滴定度无显著改
变 。 因此可以长期保存 。
? 3,K2Cr2O7的氧化能力没有 KMnO4强, 在
1mol/LHCl溶液中, E0f= 1.00伏, 室温下不与
C1—作用 (E0Cl2/Cl—= 1.33伏 ),故可在 HCl溶液中滴
定 Fe2+。 但当 HCl的浓度太大或将溶液煮沸时,
K2Cr2O7也能部分地被 C1—还原 。
? K2Cr2O7溶液为桔黄色, 宜采用二苯胺磺酸
钠或邻苯氨基苯甲酸作指示剂 。
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?( 二 ) 应用实例
?1,铁矿石中全铁含量的测定
? 试样一般用浓 HCl加热分解, 在热的浓 HCl
溶液中, 用 SnCl2将 Fe(III)还原为 Fe(II),过量的
SnCl2用 HgCl2氧化, 此时溶液中析出 Hg2C12丝状
白色沉淀, 然后在 1-2mol/LH2SO4 -H3PO4混合酸
介质中, 以二苯胺磺酸钠作指示剂, 用 K2Cr2O7
标准溶液滴定 Fe(II)。
? SnCl2+2HgCl2= SnCl4+2Hg2Cl2↓
? Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3-+6Fe3++7H2O
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?2.化学需氧量的测定
? 又称化学耗氧量 (COD),是表示水体
受污染程度的重要指标 。 它是指一定体积
的水体中能被强氧化剂氧化的还原性物质
的量, 以氧化这些有机还原性物质所需消
耗的 O2的量来表示 。
? 高锰酸钾法适合于地表水, 饮用水和
生活用水等污染不十分严重的水体, 而重
铬酸钾法适用于工业废水的分析 。
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? 3,土壤中有机质的测定
? 土壤中有机质含量的高低, 是判断土壤肥
力的重要指标 。
? 土壤中的有机质的含量, 是通过测定土壤
中碳的含量而换算的 。 即在浓 H2SO4的存在下,
加 K2Cr2O7溶液, 并在一定温度下 (170—180℃ )
使土壤里的碳被 K2Cr2O7氧化成 CO2,剩余的
K2Cr2O7,以邻苯氨基苯甲酸作指示剂, 再用
还原剂 (NH4)2Fe(SO4)2滴定 。 其反应如下,
?Cr2O72-+8H++CH3OH→2Cr3++CO2↑+6H2O
?Cr2O72-+6Fe2++14H+→2Cr3++6Fe3++7H2O
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三, 碘量法
?(一 ) 方法简介
? 碘量法也是常用的氧化还原滴定方法之一 。 它
是以 I2的氧化性和 I-的还原性为基础的滴定分析法 。
因此, 碘量法的基本反应是
?I2+2e-=2I-,E0I2/I—=0.535V
? 由 E0可知 I2是一种较弱的氧化剂, 能与较强的
还原剂作用;而 I-是一种中等强度的还原剂, 能与
许多氧化剂作用, 因此碘量法又可以用直接的和间
接的两种方式进行滴定 。
? 1,碘滴定法 (也称直接碘量法 )
? 电位比 E0I2/I—低的还原性物质, 可以直接用 I2的
标准溶液滴定的并不多, 只限于较强的还原剂, 如:
S2-,SO32-,Sn2+,S2O32-,AsO32-,SbO33-等 。
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? 2,滴定碘法 (间接碘量法 )
? 电位比 E0I2/I—高的氧化性物质, 可在一定的条件
下, 用碘离子来还原, 产生相当量的碘, 然后用
Na2S2O3标准溶液来滴定析出的 I2,这种方法叫做间接
碘量法或称为滴定碘法 。 例如 K2Cr2O7在酸性镕液中
与过量的 KI作用, 析出的 I2用 Na2S2O3标准溶液滴定 。
? Cr2O72-+6I-+14H+= 2Cr3++3I2+7H2O
? I2+2S2O32—= 2I-+S4O62—
利用这一方法可以测定很多氧化性物质,如 ClO3-、
ClO-, CrO42-, IO3-, BrO3-, SbO43-, MnO4-,
MnO2, AsO43-,NO3-,NO2-,Cu2+,H2O2等等, 以
及能与 CrO42-生成沉淀的阳离子, 如 Pb2+,Ba2+等,
所以滴定碘法的应用范围相当广泛 。
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? 碘量法常用淀粉作指示剂, 淀粉与碘作用形成
蓝色络合物, 灵敏度很高, 即使在 5× 10—6mol/L溶
液中亦能看出 。 温度升高可使指示剂的灵敏度降低
(如 50℃ 时的灵敏度只有 25℃ 时的 1/ 10)。 此外, 有
机醇类存在亦能降低灵敏度, 在 50% 以上的乙醇溶
液中便无蓝色出现, 小于 50% 时则无影响 。 实践证
明, 直链淀粉遇碘变蓝必须有 I—存在, 并且 I—浓度越
高则显色的灵敏度也越高 。 欲使 I2在 1× 10-5 mol/L时
出现蓝色, I-的浓度必须大于 2× 10-5 mol/L 。 使用淀
粉作指示剂时, 还应注意溶液的酸度, 在弱酸性溶
液中最为灵敏, 若溶液的 pH< 2,则淀粉易水解而
成糊精, 遇 I2显红色;若溶液的 pH> 9,则 I2因生成
IO-而不显蓝色 。 大量电解质存在, 能与淀粉结合而
降低灵敏度 。
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? 碘量法的主要误差来源, 一是 I2易挥发, 二是 I-
易被空气中的氧所氧化 。
? 为防止 I2挥发, 应采取以下措施,
? 1,加入过量 KI,KI与 I2形成 I3—,以增大 I2的溶解
度, 降低 I2的挥发性, 提高淀粉指示剂的灵敏度 。
? 此外, 加入过量的 KI,可以加快反应的速度和
提高反应的完全程度 。
? 2.反应时溶液的温度不能高, 一般在室温下进行 。
因升高温度增大 I2的挥发性, 降低淀粉指示剂的灵敏
度 。 保存 Na2S2O3溶液时, 室温升高, 增大细菌的活
性, 加速 Na2S2O3的分解 。
? 3.析出碘的反应最好在带塞的碘量瓶中进行, 滴
定切勿剧烈摇动 。
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? 为防止 I-被空气中的氧所氧化, 应采取以下措施,
? 1.避光 光线能催化 I—被空气氧化,增加 Na2S2O3溶
液中细菌的活性 。
? 2.溶液 pH值的影响 S2O32—与 I2之间的反应必须在
中性或弱酸性溶液中进行 。 因为在碱性溶液中, I2与
S2O32—将会发生下述副反应,
? S2O32—+4I2+10 OH—= 2SO42—+8I—十 5H2O
? 而且, I2在碱性溶液中还会发生歧化反应,
? 3 I2+6OH—= IO3—+5I—+3H2O
? 如果在强酸性溶液中, Na2S2O3溶液会发生分解,
? S2O32—+2H+= SO2+S↓+ H2O
? 同时, I—在酸性溶液中也容易被空气中的 O2氧化,
? 4I—+4H++O2=2I2+2H2O
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? 3.在间接碘量法中, 当析出碘的反应完成后, 应
立即用 Na2S2O3进行滴定 (避免 I2的挥发和 I—被空气氧
化 )。
?( 二 ) 应用实例
?1.铜矿石中铜的测定
? 矿石经 HCl,HNO3,溴水和尿素处理成溶液后,
用 NH4HF2掩蔽试样中的 Fe3+,使其形成稳定的 FeF63-
络合物, 并调节溶液的 pH为 3.5—4.0,加入 KI与 Cu2+反
应, 析出的 I2,用 Na2S2O3标准溶液滴定, 以淀粉为指
示剂, 反应式如下,
? 2Cu2++4I—= 2CuI↓+I2
? I2十 2S2O32—= 2I—+S4O62—
? 本法可测定矿石中 0.5%以上的铜。
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? 2.钡盐中钡的测定
? 在 HAc—NaAc缓冲溶液中, CrO42—能
将 Ba2+沉淀为 BaCrO4。 沉淀经过滤, 洗涤
后, 用稀 HCl溶解, 加入过量 KI,Cr2O72—
将 I—氧化为 I2,析出的 I2,以淀粉为指示剂
用 Na2S2O3标准溶液滴定 。 反应式如下,
? Ba2++ CrO42—= BaCrO4 ↓(黄 )
? 2BaCrO4+4H+= 2 Ba2++H2Cr2O7+H2O
? Cr2O72—+6I—+14H+= 3I2+Cr3++7H2O
? I2+2S2O32—= 2I—+S4O62—
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?3.葡萄糖含量的测定
? 在碱性溶液中, I2与 OH-反应生成的 IO-能将葡
萄糖定量氧化,
? I2+2OH-=IO-+I-+H2O
? CH2OH(CHOH)4CHO+IO-+OH-=
? CH2OH(CHOH)4COO-+I-+H2O
? 剩余的 IO-在碱性溶液中发生岐化反应,
? 3IO-= IO3-+ I-
?酸化后上述岐化产物转变成 I2,
? IO3-+5I-+6H+=3I2+H2O
?最后, 再用 Na2S2O3标准溶液滴定,
? 2S2O3+I2=2S4O62-+2I-
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?4.直接碘量法测硫
? 测定溶液中的 S2-或 H2S时, 先将溶液调至弱
酸性, 以淀粉为指示剂, 用 I2标准溶液直接滴定
H2S。
?H2S+I2 = S+2I-+2H+
? 测定钢铁中的 S含量时, 先将样品高温熔融,
通空气氧化, 形成 SO2,以水吸收, 得到 H2SO3
溶液, 再以淀粉为指示剂, 用 I2标准溶液滴定
H2SO3。
? SO2+H2O=H2SO3
? I2+H2SO3+H2O= 2I-+SO42-+4H+
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?四, 其他氧化还原滴定法
?( 一 ) 硫酸铈法
? Ce(SO4)2虽是一种强氧化剂, 但要在酸度较高的
溶液中使用, 因在酸度较低的溶液中 Ce4+易水解 。
? 在酸性溶液中, Ce4+与还原剂作用时, Ce4+被还
原为 Ce3+其半电池反应式为,
? Ce4++e—= Ce3+ E0=1.61V
? 另外, 由附表可以看出, 当酸的种类和浓度不同
时, Ce4+/Ce3+电对的条件电位也不相同, 而且有的相
差较大 。 原因是在 HClO4中 Ce4+与 ClO4—不形成络合物,
而在其他酸中 Ce4+都可能与相应的阴离子 (如 C1—和
SO42—等 )形成络合物, 所以在分析上, Ce(SO4)2在
HClO4溶液中比在 H 2SO4溶液中使用得更为广泛 。
第 26讲 第七章 氧化还原滴定法 第 3讲
? Ce(SO4)2与 KMnO4作氧化剂相比, 有如下优点,
? 1,在还原过程中不形成中间产物, 反应简单;
? 2,能在多种有机物 (如醇类, 甘油, 醛类等 )存在下
滴定 Fe2+,不发生诱导氧化;
? 3,可在 HCl溶液中直接用 Ce4+滴定 Fe2+ (与 KMnO4
不同 ); Ce4++ Fe2+= Fe3++Ce3+
? 虽然 C1—能还原 Ce4+,但滴定时, Ce4+首先与 Fe2+
反应, 达到等当点后, 才慢慢地与 Cl—起反应, 故不影
响滴定;
? 4,Ce(SO4)2标准溶液很稳定, 可以放置较长的时
间, 加热煮沸也不分解;
? 5,Ce(SO4)2·(NH4)2SO4·2H2O容易提纯, 因而可
以直接配制标准溶液不必进行标定 。
第 26讲 第七章 氧化还原滴定法 第 3讲
? 在酸度较低 (< 1mol/L)时 。 磷酸有干
扰, 它可能生成磷酸高铈沉淀 。 由于
Ce(SO4)2溶液比 KMnO4溶液稳定, 而铈又
不像六价铬离子那样有毒, 因此近年来
Ce(SO4)2法 (也称铈量法 )逐渐为人们所采用 。
? 用 Ce4+作滴定剂时, 因 Ce4+具有黄色,
而 Ce3+为无色, 故 Ce4+本身可作为指示终
点的指示剂 。 但是灵敏度不高, 一般仍采
用邻二氮菲 —Fe(Ⅱ )作指示剂 。
第 26讲 第七章 氧化还原滴定法 第 3讲
?( 二 ) 溴酸钾法
? 溴酸钾法是利用 KBrO3作氧化剂的滴定方法 。
? KBrO3是一种强氧化剂, 在酸性溶液中, KBrO3
与还原性物质质作用时, KBrO3被还原为 Br—,其半
电池反应式为,
? BrO3—+6H++6e—= Br—+3H2O E0=1.44V
? KBrO3在水溶液中易再结晶提纯, 于 180℃ 可以
直接配制标准溶液 。 KBrO3 溶液的浓度也可用碘量法
进行标定, 在酸性溶液中, 一定量的 KBrO3与过量的
KI作用, 其反应式为,
? BrO3—+6I—+6H+=Br—+3I2+3H2O
析出的 I2可以用 Na2S2O3标准溶液滴定, 以淀粉为指示
剂 。 KBrO3法常与碘量法配合使用 。
第 26讲 第七章 氧化还原滴定法 第 3讲
? KBrO3法主要用于测定有机物质 。 通常在 KBrO3
标准溶液中, 加入过且的 KBr将溶液酸化后, BrO3—
和 Br—发生如下反应,
? BrO3—+5Br—+6H+= 3Br2+3H2O
? 生成的 Br2可取代某些有机化合物的氢 。 利用 Br2
的取代作用, 可以测定许多有机化合物 。 现以测定苯
酚为例来说明溴酸钾法在有机分析中的应用 。
? 在苯酚的试样溶液中;加入一定过量的 KBrO3—
KBr标准溶液, 酸化后, 则 KBrO3和 KBr作用产生 Br2,
Br2与苯酚反应如下,
? Ph—OH+3Br2=PhBr3OH+3H++3Br—
? 待取代反应完毕后, 加入 KI,使其与过量的 Br2
作用, 以淀粉为指示剂, 析出 I2用 Na2S2O3标准溶液滴
定 。
第 26讲 第七章 氧化还原滴定法 第 3讲
?第七节 氧化还原滴定结果的计算
? 例 7-7 大桥钢梁的衬漆用的红丹作填料,红
丹的主要成分为 Pb3O4。称取红丹试样 0.1000g,
加盐酸处理成溶液后,铅全部转化为 Pb2+。加入
K2CrO4使 Pb2+沉淀为 PbCrO4。将沉淀过滤、洗
涤后,再溶于酸,并加入过量的 KI。以淀粉为指
示剂,用 0.1000mol/LNa2S2O3标准溶液滴定生成
的 I2,用去 13.00ml。求红丹中 Pb3O4的质量分数。
第 26讲 第七章 氧化还原滴定法 第 3讲
?解:此例为用间接碘量法测定 Pb2+含量 。 有关的
反应式为,
?Pb3O4+2Cl-+8H+=3Pb2++Cl2↑+4H2O
?Pb2++CrO42-=PbCrO4
?2PbCrO4+2H+=2Pb2++Cr2O72-+H2O
?Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O
?2S2O32-+I2=2I-+S4O62-
? 各物质之间的计量关系为
2Pb3O4~ 6Pb2+~ 6CrO42-~ 3Cr2O72-~ 9I2~ 18S2O32-
? 即 Pb3O4~ 9S2O32-
第 26讲 第七章 氧化还原滴定法 第 3讲
故在试样中的含量为
? wPb3O4=[(1/9× cNa2S2O3VNa2S2O3MPb3O4)/ms]× 100%
? =[(1/9× 0.1000mol/L× 13.00× 10-3L
? × 685.6g/mol)/0.1000g]× 100%
? =99.03%
? 例 7-8 称取软锰矿试样 0.5000g,加入 0.7500g
H2C2O4·2H2O及稀 H2SO4,加热至反应完全。过量的
草酸用 30.00ml0.0200mol/LKMnO4滴定至终点,求软
锰矿的氧化能力(以 wMnO2表示)
第 26讲 第七章 氧化还原滴定法 第 3讲
?解:此例为用高锰酸钾法测定 MnO2,采用返滴定
方式 。 有关反应式为
? MnO2+H2C2O4+2H+=Mn2++2CO2↑+2H2O
?2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O
? 各物质之间的计量关系为,
? 5MnO2~ 5H2C2O4~ 2MnO4-
? MnO2的含量可用下式求得,
? wMnO2={[(mH2C2O4·2H2O/MH2C2O4·2H2O-
? 5/2× cKMnO4VKMnO4)× MMnO2]/ms}× 100%
? ={[(0.75/126.07-5/2× 0.02000× 30.00
? × 10-3)× 86.94]/0.5000}× 100%
? =77.36%
第 26讲 第七章 氧化还原滴定法 第 3讲
? 例 7-11 取 25.00mlKI试液, 加入稀 HCl溶液和
10.00ml0.0500mol/LKIO3溶液, 析出的 I2经煮沸挥发
释出 。 冷却后, 加入过量的 KI与剩余的 KIO3反应,
析出的 I2用 0.1008mol/L Na2S2O4标准溶液滴定, 耗去
21.14ml。 试计算试液中的浓度 。
?解:挥发阶段和测定阶段均涉及同一反应,
? IO3-+5I-+6H+=3I2+3H2O
? 滴定反应为 I2+2S2O32-=S4O62-+2I-
? 各物质之间的计量关系为
? IO3-~ 5I-
? IO3-~ 3I2~ 6S2O32-
第 26讲 第七章 氧化还原滴定法 第 3讲
?故真正消耗于 KI试液的 KIO3的物质的量为
? cKIO3VKIO3 - 1/6cNa2S2O3VNa2S2O3
即 cKI=[(cKIO3VKIO3-1/6cNa2S2O3VNa2S2O3)× 5]/VKI
? =[(0.0500× 10.00× 10-3-1/6× 0.1008
? × 21.14× 10-3)× 5]/25.00× 10-3
? =0.02896mol/L
第 26讲 第七章 氧化还原滴定法 第 3讲